Những nguyên tắc cơ bản của việc chuyển giao quyền lực và sự nhạy cảm nhiệt

Nguồn cung cấp điện năng chuyển đổi có ở khắp nơi trong điện tử hiện đại, cung cấp điện DC được điều chỉnh từ tính từ một nguồn AC hay DC có hiệu quả cao. Không giống như bộ điều chỉnh tuyến tính, chuyển đổi các yếu tố chuyển đổi bằng các thành phần tần số cao (thường là MOSFET) và một bộ chuyển đổi từ để tăng cường điện áp lên hay giảm. Quá trình chuyển đổi này tạo ra nhiệt độ làm sinh sản, tạo ra vòng lặp tăng nhiệt độ tăng lên thành phần, rồi chuyển đổi nhiệt độ sẽ tạo ra nhiệt độ nóng hơn. Việc hiểu biết kết nối giữa nhiệt độ và giá trị là thiết yếu cho bất cứ ai thiết kế, xác định hoặc duy trì hệ thống chuyển đổi.

Sự căng thẳng nhiệt độ là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra sự suy yếu sớm trong việc chuyển nguồn điện. dữ liệu từ các ứng dụng công nghiệp cho thấy nhiệt độ hoạt động tăng 10°C có thể giảm theo mức mong đợi của một số thành phần, đặc biệt là sự tụ điện tích. độ nhạy cảm này phát sinh vì vật liệu nội bộ và sự thay đổi nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn, và bởi vì nhiệt độ thay đổi nhanh tạo ra sự thay đổi dẫn đến sự căng thẳng cơ khí.

Sự biến đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến tính đáng tin cậy như thế nào

Mỗi cơ chế nhắm vào các thành phần cụ thể và có thể dẫn đến sự suy thoái dần dần và thất bại thảm khốc bất ngờ.

Ảnh hưởng lên tụ điện từ

Các bộ tụ điện điện cực có thể là một trong những thành phần nhạy nhất trong cung cấp điện chuyển đổi nhiệt độ. Điện phân của chúng dần dần bốc hơi theo thời gian, một quá trình tăng cấp cấp cấp cấp cấp nhiệt. Tại 85 ° C, một bộ tụ điện điển hình có thể có tỷ lệ sống gấp 2.000 giờ; tại 65 ° C, cùng một bộ phận điện tích có thể kéo dài 10.000 giờ hoặc hơn. Mối quan hệ sau [FL: 0] Định luật [FLC] [FLT], một bộ phận phản ứng thường xuyên [FL1], nơi mà 10 ° C tăng gấp đôi tỷ lệ mất điện phân. Khi hệ thống điện tích và các giọt nước tương đương với nhau (p/ giọt nước nóng, có thể gây ra và gây ra sự nhiễu nhiệt độ tăng, hoặc gây ra sự tăng mạnh hơn.

Ở nhiệt độ rất lạnh, nhiệt độ điện phân tăng, tăng cường ESR và giảm cococited. Nếu nguồn cung cấp phải khởi động ở 40 ° C, thì dòng điện tụ điện có thể gây tổn hại đến tụ điện trước khi có cơ hội được làm ấm.

Ảnh hưởng đến các bộ phận dẫn điện

Hệ thống định vị ) [FLT:] [trên] ] ] [FLT:]] [FTT:3]]] [FLT:]]] [FTTT:]]]] [FTTTTTT]]] của một máy MOFTTTTTTTTTTT tăng nhiệt độ, thường khoảng 0,5%/C] R [FL: 1] [FLTT: khả năng tăng nhiệt độ cao hơn, nhiệt độ tăng cao hơn, nếu nhiệt độ giảm tương tự và giảm nhiệt độ không đáng kể.

Việc đạp xe liên tục giữa các trạng thái lạnh và nóng gây ra sự giãn nở khác nhau giữa các chất silicon và gói này dẫn đến sự chết, và trong hàng ngàn chu kỳ, nó có thể tạo ra những vết nứt trong khớp hoặc sự thấm nhuần vật liệu gắn vào người chết, dẫn đến các hoạt động gián đoạn hoặc vòng quanh mở.

Ảnh hưởng trên thành phần từ

Tại nhiệt độ cao, nhiệt độ bị mất (sự phát triển và độ ẩm) tăng, và mật độ bão hòa giảm xuống. một bộ chuyển hóa bình thường hoạt động ở 25 ° C có thể bão hòa với điện áp cao và nhiệt độ cao, gây ra những sự căng thẳng lớn làm thay đổi bán dẫn và có khả năng phá hủy nó.

Tính hợp lý: nhiệt độ và Mô hình Thời gian Sống

Các kỹ sư sử dụng một số mô hình thực nghiệm để dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ trên cung cấp điện. Điều phổ biến nhất là mô hình , biểu thị tỷ lệ thất bại theo hàm mũ:

[KE:] = A × exp ) / (k × T)

Nơi [FLT: 1] [FLT:] là một yếu tố trước khi xảy ra, [thường là yếu tố năng lượng [FLT: 1. 0], [FLT: 0] [FLT: 1] [FLT: 1] [FLT:] ] [FLT:]] [FLT: 3]] là yếu tố năng lượng trước (thường là kích hoạt 0,7–1.0V cho các điện cực], k là nhiệt độ không đổi, và t. Mô hình này là nhiệt độ tuyệt đối với nhiệt độ tuyệt đối.

Để tránh mệt mỏi về cơ khí do đạp xe, [FLT: 0] Phương trình [FLT: 1] [FLT:] liên kết số chu kỳ với nhiệt độ chu kỳ:

f ) = C [FLT:] ) )

[FLT: 0] N [FLT:] [FLT:] [FLT:] là số chu kỳ của thất bại, nghiêng nhiệt độ, và m thường là giữa 1.5 và 3 cho khớp. Những mô hình này cho phép ước tính trường đáng tin cậy và đặt những yêu cầu kiểm tra có thẩm quyền.

Liên kết thực nghiệm: Để biết thêm về phương trình Arrhenius trong kỹ thuật đáng tin cậy, xem Mô hình nóng tính phụ thuộc: Arrhenius .

Thiết kế phối hợp để cải thiện khả năng phục hồi nhiệt

Muốn tăng cường độ tin cậy dưới áp suất nhiệt độ, cần phải có một phương pháp đa mặt bao gồm chọn lọc thành phần, địa chất mạch, quản lý nhiệt độ và thiết kế cơ học.

Kỹ thuật quản lý nhiệt

Cách trực tiếp nhất để giảm hiệu ứng nhiệt độ là loại bỏ nhiệt độ hiệu quả.

  • Độ nóng điện ) — Finned nhôm hoặc đồng nhiệt gắn vào các thành phần năng lượng làm tăng diện tích độ ấm. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào vật liệu nhiệt giao diện (TIM) và luồng không khí.
  • Việc làm mát bằng không khí ) — Fans hay thổi kèn đã cải thiện đáng kể sự chuyển đổi nhiệt.
  • Làm mát ) — được dùng trong các công cụ công nghiệp và liên lạc cao năng lượng cao.
  • Tăng cường và tăng nhiệt độ ) — Các chất dẫn nhiệt hoặc silicon làm cho các thành phần không còn hoạt động, giảm các điểm nóng và tăng nhiệt độ lên đến kho.
  • Ống Cải và Phòng hơi ) — Hai thiết bị vận chuyển nhiệt có sức nóng rất thấp, hữu ích cho việc tập trung nhiệt vào một cái hố nhiệt từ xa.

Chọn thành phần và giảm dần

Chọn các thành phần có nhiệt độ rộng là tối quan trọng. Đối với các tụ điện điện [FLT: 0], hãy dùng các phần có số lượng cao [FLT: 1] [FLT] [FLT: 1] [FL: 1] [FL: 2], mặc dù môi trường xung quanh là thấp hơn; các lề phụ mở rộng sự sống. Chọn MOSFETTTTTT ít hơn 80%] mức độ tối đa dưới điều kiện tối đa của nhiệt độ PLT.

Các chỉ thị từ các tiêu chuẩn công nghiệp (v.g., IPC9592, JEEC JESD74) khuyên nên áp dụng một yếu tố an toàn là 0.5 đến 0.8 trên điện áp, điện áp và điện áp, với số lượng giảm đi được điều chỉnh để thích ứng với nhiệt độ môi trường.

Liên kết ngoài đời: Một hướng dẫn phân hủy thực tế có sẵn từ ) điện tử không gian Military: thành phần Deder for Power .

Bố trí và cơ khí

Bố trí mạch mạch đã in ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất nhiệt độ. Đặt các thành phần nóng điện cao gần cạnh bảng hoặc trên một đổ đồng lớn. Dùng nhiệt để truyền nhiệt đến mặt đất bên trong. Tránh phân phối các phần nóng để giảm nhiệt độ địa phương. Để giảm nhiệt độ tăng lên, hãy dùng các thành phần lỗ hổng, để đảm bảo việc tạo những thanh gỗ thích hợp để giảm thiểu căng thẳng trong quá trình tăng nhiệt.

Trong những thiết kế có tính chất cao, hãy xem xét việc dùng những miếng đệm nhiệt làm từ các vật liệu có nền tảng bằng nhôm làm bằng nhôm, có thể tăng gấp đôi lượng nhiệt, đồng thời thiết kế bao vây để cho phép đường dẫn khí hòa khí tự nhiên — những lỗ thông khí mát và các lỗ thông trên đầu để hút khí thải.

Các phương pháp thử nghiệm và kiểm tra

Không có lượng mô phỏng nào có thể thay thế được thử nghiệm nhiệt thế giới thực.

  • Bánh xe nhiệt ) — Sự luân phiên giữa nhiệt độ cao và thấp (v., tốc độ 40 ° C và +85 ° C) cho 500–2000 chu kỳ để đánh giá sự mệt mỏi đồng nhất và sự toàn vẹn trong việc bán chạy.
  • Sinh vật học cao độ hoạt động trong ngành công nghiệp [HTOL] ) — Chạy bộ cung cấp ở nhiệt độ tối đa (v. d., 70 °C cho thương mại, 105 °C cho công nghiệp) trong hàng ngàn giờ đồng hồ để kiểm tra các tham số xuất.
  • Hình ảnh nhiệt — dùng camera hồng ngoại để xác định điểm nóng và xác định rằng mọi thành phần vẫn còn trong giới hạn nhiệt độ đã xác định.
  • Thử nghiệm sự sống (ALT) ) — Áp dụng nhiệt độ cao và điện áp để ép người ta thất bại, rồi dùng mô hình Arrhenius để suy luận lại đời sống trong điều kiện bình thường.

Liên kết thực nghiệm: ) Để có một tổng quát về mức độ cung cấp sức mạnh đáng tin cậy, hãy đề cập đến TE 1624-08: chuẩn cho DC và AC Power Reliable .

Kết luận

Từ sự lão hóa nhanh chóng đến nhiệt độ trong việc chạy trốn khỏi hệ thống bán dẫn và sự mệt mỏi trong các khớp nối, ảnh hưởng lan tràn và thường liên quan đến nhau.

Nhìn về phía trước, việc nhận nuôi những người bán dẫn bán dẫn rộng bằng băng thông rộng (sicon carbud và gali ni nicide) hứa hẹn rằng nhiệt độ hoạt động cao hơn và giảm thiểu những mất mát, sẽ giảm thiểu nhiều thách thức nhiệt được miêu tả ở đây. Kết hợp với sự điều khiển kỹ thuật số tiên tiến có thể điều chỉnh tần số và chu kỳ dịch vụ trong thời gian thực để kiểm soát nhiệt độ, nguồn cung cấp năng lượng của thế hệ mới sẽ bền vững hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, các nguyên tắc cơ bản của việc quản lý nhiệt vẫn là trung tâm của việc cung cấp điện cho tương lai có thể thấy trước.